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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷177
CO广泛应用于冶金工业,是合成羰基类有机产品的重要原料。工业上常利用水蒸气和炽热焦炭制备CO:
i.   
体系中还存在水煤气变换反应:
ii.   
(1)已知,则___________
(2)在一定温度下,向某恒容密闭容器中加入,发生反应。已知起始时体系的压强为,在不同条件下测定体系的总压强如下表所示。
条件          T/℃
p/kPa
700720740760780800
I催化剂1,2h140110108112117125
II催化剂2,2h125132140150163170
III催化剂2,h140150163172180185
①下列说法正确的是___________
A.混合气体的平均摩尔质量保持不变,说明反应体系已达到平衡
B.平衡时CO2的体积分数可能为
C.采用对反应i选择性高的催化剂有利于提高CO的平衡产率
②条件I中,700—800℃范围内体系总压变化的原因可能为___________
③条件II中,740℃时测得体系中的CO2分压p(CO2)=15kPa,该条件下H2O的消耗速率为___________kPa·h-1,780℃时,测得体系中H2的平衡分压p(H2)=90kPa,则反应i在该温度下用平衡分压表示的平衡常数Kp=___________
(3)电解还原CO2也是合成CO的重要途径,同时可实现CO2的资源化利用。以Au为电极材料、KHCO3溶液为电解质,往M极持续通入CO2,其他条件不变,恒定通过电解池的电量,测得M极含碳产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。

①电解时M极与电源的___________极相连。
②a点时,CO2发生电解反应的电极方程式为___________
23-24高三上·重庆·阶段练习
知识点:化学平衡常数的有关计算电解池电极反应式及化学方程式的书写与判断 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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乙酸是基本的有机化工原料。
I.工业上合成乙酸有多种方法。
(1)目前世界上一半以上的乙酸都采用甲醇与CO反应来制备。反应如下:CH3OH(g)+CO(g) CH3COOH(l) △H<0。在恒压密闭容器中通入0.20 mol的CH3OH和0.20 mol的CO气体,测得甲醇的转化率随温度变化如图所示。

①恒温恒压下,不能说明上述反应达到平衡状态的是________
A.容器内混合气体的密度保持不变                    B.CH3OH(g)的体积分数保持不变
C.CO(g)的物质的量浓度保持不变                      D.v(CO) = v(CH3OH)
②温度为T1时,该反应中CH3OH的反应速率:v(A)________v(B)(填“>”,“=”或“<”)。
③温度为T1时,上述反应已达到平衡,若此时保持容器体积不变,再通入0.10 molCH3OH和0.10 molCO的混合气体,再次达到平衡,CO的转化率________80%(填“>”,“=”或“<”) 。
④温度由T1到T2,经历5 min时,CH3OH的转化率增大的原因是________
II.乙酸制氢具有重要意义,制氢过程发生如下反应:
热裂解反应I:CH3COOH(g) =2CO(g)+2H2(g)
脱羧基反应II:CH3COOH(g) =CH4(g)+CO2(g)
(2)已知反应:CH4(g)+ CO2(g) CO(g)+H2(g)     △H,由图所示,△H=___________kJ·mol1(用图中有关E的代数式表示)。

(3)在容积相同的密闭容器中,加入等量乙酸蒸气制氢,在相同时间测得温度与气体产率的关系如图所示。

①约650 ℃之前,氢气产率低于甲烷的原因是________
②分析图像,该容器还发生了其他的副反应,理由是___________
③若保持其他条件不变,在乙酸蒸气中掺杂一定量水,氢气的产率显著提高而CO的产率下降,请用化学方程式表示可能发生的反应:___________
(4)在一定温度下,利用合适的催化剂发生热裂解反应I和脱羧基反应II,达到平衡时,总压强为p kPa,乙酸体积分数为20%;若热裂解反应消耗的乙酸占总的乙酸的20%,则脱羧基反应II的平衡常数Kp___________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数)。
绿色能源是未来能源发展的方向,积极发展氢能,是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措,可以用以下方法制备氢气。
I.甲烷和水蒸气催化制氢气。主要反应如下:
i.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)        △H=+206.2kJ•mol-1
ii.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)        △H=-41.2kJ•mol-1
(1)反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的△H=______kJ•mol-1
(2)在容积不变的绝热密闭容器中发生反应i,下列能说明反应达到平衡状态的是______(填标号)。
A.气体混合物的密度不再变化
B.CH4消耗速率和H2的生成速率相等
C.CO的浓度保持不变
D.气体平均相对分子质量不再变化
E.体系的温度不再发生变化
(3)恒定压强为P0MPa时,将n(CH4):n(H2O)=1:3的混合气体投入反应器中发生反应i和ii,平衡时,各组分的物质的量分数与温度的关系如图所示。
   
①图中表示CO2的物质的量分数与温度的变化曲线是______(填字母)。
②结合图中数据,其他条件不变,若要H2的产量最大,最适宜的反应温度是______(填标号)。
A.550~600℃          B.650~700℃          C.750~800℃
在其他条件不变的情况下,向体系中加入CaO可明显提高平衡体系中H2的含量,原因是______
③600℃时,反应ii的平衡常数的计算式为Kp=______(Kp是以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
Ⅱ.电解法制氢气。某科研小组设计如图所示电解池,利用CO2和H2O在碱性电解液中制备水煤气(H2、CO),产物中H2和CO的物质的量之比为1∶1。
(4)电极B是______极,生成水煤气的电极反应式为______
CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题:
(1)CH4超干重整CO2的催化转化如图所示:
   
①已知:CH4(g) +H2O(g)=CO(g) +3H2(g) △H= +206.2 kJ·mol-1
CO2(g) +4H2(g)=CH4(g) +2H2O(g) ∆H= - 165.0kJ· mol-1
过程I的热化学方程式为______
②关于上述过程II的说法不正确的是_______(填字母)。
a.实现了含碳物质与含氢物质的分离     b.可表示为CO2 +H2=H2O(g) +CO
c.CO未参与反应     d.Fe3O4、CaO为催化剂,降低了反应的∆H
(2)工业上还可以利用甲烷生产氢氰酸( HCN) ,其反应为:CH4(g) + NH3(g)HCN(g) +3H2(g) ∆H>0。在一定温度下,向2 L恒容密闭容器中加入n mol CH4和2 mol NH3
①能表示上述反应达到平衡状态的是______。 (填字母)。
a.单位时间内断裂4molC—H的同时生成3molH—H
b.容器内的总压强保持不变
c.混合气体密度保持不变
d.混合气体的平均摩尔质量保持不变
e.NH3浓度保持不变
②平衡时NH3体积分数随n变化的关系如图所示,CH4的转化率: (a)____ (b)(填“>”、“=”或“<”)。
   
(3)在一刚性密闭容器中,CH4和CO2的分压分别为20 kPa、25 kPa,加入Ni/—Al2O3催化剂并加热至1123 K使其发生反应CH4(g) +CO2(g)2CO(g) +2H2(g)。
①研究表明CO的生成速率v(CO) =1.3×10-2 ·p(CH4) ·p(CO2) mol∙kPa2∙s-1,某时刻测得p(CO) =20 kPa,则p(CO2) =______kPa, v(CO2) =______mol∙kPa2∙s-1
②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍,则该反应的平衡常数的计算式为Kp=_____。(各物质的分压代替物质的量浓度计算)

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